Få tilgang til avanserte materialegenskaper med Yttria-stabilisert zirkoniumoksid

Stabilisert zirkonia har mange egenskaper som har gjort det til et allsidig materiale i en rekke bransjer, blant annet innen romfart, bilindustri og energi. Fra overlegen styrke og seighet til balanserte egenskaper - hver variant av stabilisert zirkonia har sitt eget sett med egenskaper som er skreddersydd for spesifikke bruksområder.

Yttria-stabilisert zirkoniumoksid skiller seg ut med sin overlegne termiske stabilitet og ioniske ledningsevne, noe som gjør det til et utmerket materialvalg for oksygensensorer og fastoksidbrenselceller.

Overlegen styrke og robusthet

Tilsetning av yttria øker zirkoniumdioksydets seighet betraktelig, noe som gjør det svært slitesterkt og egnet for bruksområder med høy mekanisk belastning. I tillegg øker tilsetningen den termiske stabiliteten og motstanden mot termisk sjokk, samt gir økt termisk stabilitet for beskyttelse mot termisk sjokk. Yttria-stabilisert zirkonia har dessuten en utmerket ionisk ledningsevne som gjør at oksygenioner kan passere fritt gjennom strukturen, noe som gjør det nyttig i bruksområder som oksygensensorer og fastoksidbrenselceller.

YSZ har overlegen slitestyrke, noe som gjør det ideelt for komponenter som finnes i tøffe miljøer som gassturbiner eller jetmotorer. Det tåler kontinuerlig eksponering for slitasje uten å brytes ned, sammenlignet med kalsium- eller magnesiumstabilisert zirkoniumoksid, som krever høyere temperaturterskler for å forbli stabile.

YSZ tåler raske temperaturendringer, noe som gjør det egnet for luftfartsmaterialer og bilsensorer som overvåker motor- og eksosparametere. YSZ er dessuten mer motstandsdyktig mot termisk sjokk enn CSZ og MSZ, som har lavere temperaturterskler for stabilitet. Derfor blir dette materialet ofte valgt som basismateriale for termiske barrierebelegg som brukes på jetmotorer og gassturbiner.

Motstand mot høye temperaturer

Stabilisert zirkonia tåler høye temperaturer, noe som gjør det egnet til bruk innen romfart og energiproduksjon. Yttria-stabilisert zirkonia kan også brukes i oksygensensorer og fastoksidbrenselceller (SOFC eller SOEC).

Ved å tilsette yttriumoksid til stabilisert zirkoniumoksid beholder det en kubisk struktur selv ved romtemperatur, noe som eliminerer fasetransformasjoner som ellers kan føre til sprekkdannelser når det utsettes for driftssykluser. Denne egenskapen gjør yttria til et uvurderlig tilskudd når man skal lage høytemperaturkomponenter til jetmotorer som må forbli intakte for å tåle tøffe miljøforhold.

Produksjon av stabilisert zirkoniumoksid reiser noen miljømessige problemstillinger. Produksjonen innebærer sintring ved høy temperatur og bruk av potensielt giftige stabiliseringsmidler. I tillegg brytes ikke zirkoniumoksid ned biologisk, så sikker avhending må håndteres deretter - noe som kan vise seg å være utfordrende på grunn av begrenset plass på deponier og potensiell risiko for forurensning av jord og vann.

Biokompatibilitet

Yttriumoksidstabilisert zirkoniumoksid (YSZ) er en avansert keramikk som inneholder zirkoniumoksid med yttriumoksid som stabiliseringsmiddel, slik at man unngår omdannelsen fra tetragonal til monoklin formasjon som skjer uten stabilisering, noe som gir en betydelig økning i ionisk ledningsevne, termisk stabilitet, styrke, seighet og holdbarhet.

YSZs overlegne styrke, seighet og hardhet gjør det ideelt for bruksområder som krever høy spenningsmotstand. I tillegg bidrar bruddsikkerheten og den høye ioniske ledningsevnen til at det er holdbart i tøffe, slitende miljøer som ofte skader andre materialer.

YSZs termiske stabilitet gjør det til et utmerket materialvalg for bruk i fastoksidbrenselceller (SOFC) og batterier, der oksygenioner flyter lett ved høye temperaturer, noe som forbedrer effektiviteten og forlenger levetiden til disse kraftsystemene.

Lettvekt

Stabiliserte zirkoniumdioksydmaterialer har avansert ytelse på tvers av bransjer, fra romfart til medisinsk utstyr. Dette skyldes den spesielle kombinasjonen av egenskaper - høy temperaturstabilitet, selektiv oksygenionledningsevne og oksygenlekkasjer i overflaten - som gjør disse materialene unikt fordelaktige.

Yttria-stabilisert zirkoniumoksid (YSZ) har det høyeste forholdet mellom styrke og seighet takket være transformasjonsherdingsmekanismen, noe som gjør det egnet for bruksområder som industrielle skjæreverktøy og tannimplantater. Calcia- og magnesiastabilisert zirkoniumoksid (CSZ og MSZ) gir en balanse mellom styrke og seighet som er ideell for strukturell keramikk og ildfaste materialer.

Forskere kan bruke YSZs allsidige egenskaper til å skreddersy egenskapene til spesifikke bruksområder. Tetragonal YSZ har for eksempel de overlegne elektriske egenskapene som trengs for oksygensensorer og fastoksidbrenselceller (SOFC). Det høye smeltepunktet bidrar dessuten til å sikre at YSZ fortsetter å fungere ved høye driftstemperaturer. Det arbeides også med å utvikle grønnere produksjonsmetoder, slik at zirkoniumdioksidprodukter kan produseres effektivt og samtidig minimere energiforbruket og miljøavtrykket under produksjonen.